Рассмотрим процесс алкилирования бензола и получение этилбензола.

Рис. 2. Принципиальная схем алкилирования бензола на твердых катализаторах:

1 - теплообменник;

2 - реактор;

3 - холодильник;

4 - газосепаратор;

5, 6, 7 - ректификаторы,

а - бензол;

б - оборотный бензол;

в - олефин;

г -смесь бензола и олефина;

д - неконденсирующиеся газы;

в - жидкий алкилат;

ж - моноалкилбензол;

з - диалкилбензолы;

и - кубовый остаток.

Технологическая схема алкилирования бензола на твердом гетерогенном катализаторе, например цеолите, довольно несложна (рис. 2) [4, 5]. По этой схеме непрореагировавшие бензол и диэтилбензол возвращаются на алкилирование, а кубовый остаток может служить топливом и вместе с отходящими газами обеспечивает потребности установки в топливе (на 60%). В процессе отсутствуют отходы, катализатор не вызывает коррозии и не загрязняет окружающей среды.

Однако, пока что во всем мире наиболее широко в качестве катализаторов применяют комплексные соединения хлорида алюминия с ароматическими углеводородами, несмотря на такие их существенные недостатки, как необходимость осушки сырья, образование хлористого водорода и хлорида натрия при промывке и нейтрализации алкилата, коррозия аппаратуры и необходимость очистки сточных вод. Использование в большей мере хлорида алюминия вызвано и тем, что он является катализатором не только алкилирования, но и диспропорционирования, что снижает выход неизбежно образующихся при алкилировании ди- и полиалкилпроизводных. На практике используют жидкий катализаторный комплекс – хлорид алюминия в диэтилбензоле или в полиалкилбензольных фракциях, получаемых при алкилировании. Действие хлорида алюминия усиливается сокатализаторами, в качестве которых используют хлороводород или небольшие количества воды. Однако, чтобы избежать разложения катализатора, бензол тщательно сушат перед подачей на алкилирование.

Принципиальная схема процесса с использование катализаторных комплексов приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Принципиальная схема получения этилбензола при использовании катализаторного комплекса.

1 – колонна обезвоживания,

2 - сепаратор,

3 - реактор;

4 – газосепаратор,

5 - сепаратор для отделения катализаторного комплекса;

6 - блок приготовления свежего катализаторного комплекса;

7 - система промывки алкилата;

8, 9,10 - ректификационные агрегаты;

а - исходный бензол;

б - азеотропная смесь вода + бензол;

в - вода;

г - обезвоженный бензол;

д -газы;

е - циркулирующий катализаторный комплекс;

ж - этилен;

з - хлорид алюминия;

и - свежий катализаторный комплекс;

к - оборотный бензол;

л - этилбензол;

м - диэтилбензол;

н - кубовый остаток;

о - вода на промывку;

п - сточные воды.

При получении этилбензола алкилирование ведут с избытком бензола (200 – 300% от стехиометрического), чтобы уменьшить образование ди- и полиалкилбензолов. И все же содержание последних оказывается значительным. Диалкилпроизводные подвергаются переалкилированию в реакторе алкилирования. Но можно непосредственно использовать их в качестве товарных продуктов.

В процессе алкилирования бензола с хлоридом алюминия циркулируют значительные объемы жидкого катализаторного комплекса. Причем в реакционной массе две жидкие фазы: катализаторный комплекс и смесь бензола и алкилбензолов. В результате возможность подъема температуры процесса ограничена, так как при температурах выше 130 °С комплекс дезактивируется и разрушается (3, 6).

Более интересно гомогенное алкилирование в присутствии хлорида алюминия. В этом случае количество катализатора определяется его растворимостью в бензоле, а давление процесса подирается таким, чтобы олефин находился в жидкой фазе.

Реактор работает в адиабатическом режиме, и на выходе из него температура достигает 200 °С. При этом резко уменьшился выход побочных продуктов, а выход этилбензола стал близок к количественному.

По такой технологии работает установка мощностью 760 тыс. т/год. Ее особенностью является высокий выход продуктов алкилирования (99%) и более низкие удельные затраты хлорида алюминия (в два раза) по сравнению с обычным процессом. В схеме отсутствует рецикл катализатора. Последний выделяется при нейтрализации в виде гидроксида алюминия и используется на установках очистки сточных вод в качестве осадителя. Большая единичная мощность установки в сочетании с высокой температурой в реакторе создает благоприятные условия для утилизации тепла реакции, в результате 90% потребности в тепловой энергии установка покрывает за счет использования названного тепла.